ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ХИМИИ
Химия — наука, изучающая состав, строение, свойства, получение и превращения веществ.
Атомно-молекулярное учение — учение о строении веществ из атомов и молекул, создано трудами Ломоносова и Дальтона.
Вещества состоят из мельчайших частиц — молекул, которые находятся в непрерывном движении. При повышении температуры скорости движения молекул увеличиваются, при снижении — уменьшаются.
Молекулы различных веществ отличаются друг от друга массой, размерами и химическими свойствами. Все молекулы одного вещества одинаковы.
Молекулы состоят из более мелких частиц — атомов. Молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ состоят из разных атомов.
Атомы одного элемента отличаются от атомов других элементов зарядом атомного ядра, размером и химическими свойствами. При химических реакциях изменяется состав молекулы. Атомы при химических реакциях не разрушаются.
Атом — электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного ядра и одного или нескольких электронов.
Молекула — наименьшая частица вещества, обладающая всеми химическими свойствами данного вещества. Для некоторых веществ понятия атома и молекулы совпадают.
Химический элемент — вид атомов, характеризующихся определенным зарядом ядра.
Простым веществом называется вещество, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например водород, кислород и азот и т. д. Каждый элемент имеет определенный химический знак, соответствующий первым буквам латинского названия данного элемента.
Соединениями или сложными веществами называются вещества, молекулы которых состоят из атомов разных элементов, например вода.
Аллотропия — существование одного и того же элемента в виде двух или нескольких простых веществ. Аллотропия может быть результатом образования молекул с различным числом атомов (например, кислород О2 и озон О3) или различных кристаллических форм (например, углерод образует графит и алмаз).
Этот случай называется также полиморфизмом.
Физические явления — это любые изменения вещества, не при водящие к изменению состава и строения его молекул, например изменение агрегатного состояния веществ, хотя кристалл и газ, например, обладают различными физическими свойствами.
Химические явления или химические реакции — это явления или реакции, при которых из одних веществ образуются новые вещества. Химические реакции постоянно совершаются в живой и неживой природе. Процессы ржавления, горения, гниения представляют собой химические явления. Часто явления физические и химические происходят одновременно, маскируя друг друга, например, пропускание электрического тока через проволоку сопровождается явлениями физического порядка: нагреванием проволоки, расширением ее, увеличением сопротивления, испусканием света, но то же нагревание проволоки на открытом воздухе приводит к явлениям химического характера: металл при нагревании реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в оксид.
Механическая смесь и химическое соединение имеют следующие различия:
При приготовлении механической смеси составные части можно брать в любых количественных соотношениях. Чтобы получить химическое соединение и при этом одно из взятых веществ не вещества в определенных соотношениях.
Свойства веществ, составляющих механическую смесь, сохраняются, так как составные части в смеси остаются химически неизменными. При химической реакции свойства исходных веществ не сохраняются, так как в результате их взаимодействия образуется новое вещество с иными свойствами.
При механическом смешивании не наблюдается выделения или поглощения теплоты. Химические реакции практически всегда сопровождаются тепловыми эффектами.
Составные части смеси, могут быть разделены на основании их физических свойств (фильтрование, отстаивание, выпаривание и другие способы).
Металлы — простые вещества, обладающие высокими тепло- и электропроводностью, ковкостью, блеском и другими характерными свойствами, которые обусловлены наличием в их кристаллической решетке свободно перемещающихся электронов (обобщенного электронного облака).
Неметаллы — простые вещества, не обладающие свойствами металлов. Резкой границы меду металлами и неметаллами провести нельзя.
Типы химических реакций:
Реакция соединения — реакция, при которой из атомов или молекул двух или более веществ образуются молекулы одного вещества.
Реакция разложения — реакция, при которой из одного вещества образуется два или более веществ.
Реакция замещения — реакция, при которой атомы, входящие в состав простого вещества, замещают атомы одного из элементов в сложном веществе.
Экзотермические реакции
реакции, протекающие с выделением теплоты.
Эндотермические реакции
реакции, протекающие с поглощением теплоты.
Скорость химической реакции — отношение изменения концентрации одного из реагирующих веществ ко времени, за которое это изменение произошло.
Скорость химической реакции зависит от природы реагирующих веществ, концентрации, температуры, давления и агрегатного состояния.
Равновесие химическое — состояние смеси реагирующих веществ, при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.
Смещение химического равновесия — процесс изменения концентрации веществ в реагирующей смеси. Изменения равновесия, вызываемые изменением внешних условий, можно предвидеть, руководствуясь общим положением, известным под названием принципа Ле Шателье: если на систему, находящуюся в равновесии, оказывать внешнее воздействие (изменять температуру, давление или концентрацию), то равновесие в системе сместится в направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшится. Так, повышение температуры сместит равновесие в сторону реакций, которые идут с поглощением тепла; увеличение давления будет благоприятствовать реакциям, идущим с уменьшением объема.
Атомный вес элемента — вес атома, выраженный в углеродных единицах (у. е.), или число, показывающее, во сколько раз атом данного элемента тяжелее 1/12 части веса атома углерода (120).
Молекулярный вес — вес молекулы, выраженный в у. е., т. е. число, показывающее, во сколько раз моле кула данного вещества тяжелее 1/12 части веса атома углерода (12 С).
Закон постоянства состава: независимо от способа получения данного соединения его весовой состав постоянен.
Закон сохранения массы веществ: масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся после реакции.
Грамм-атом — количество вещества, вес которого, выраженный в граммах, численно равен молекулярному весу данного вещества.
Закон Авогардо: в равных объемах различных газов при одинаковых условиях (температура и давление) содержится одинаковое число молекул.
Закон соединительных объемов: объемы газов, реагирующих между собой или образующихся в результате реакции, находятся в отношениях небольших целых чисел.
Формула химическая — сокращенное обозначение состава какого-либо соединения с помощью химических законов и чисел, указывающих на количественное соотношение элементов в данном соединении.
Валентность — свойство атомов данного элемента присоединить или замещать в молекуле определенное число атомов других элементов. За единицу валентности принята валентность водорода.
Структурные формулы элементов — формулы веществ с изображением валентности элементов, например в дн:
Н-О-Н.
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УГЛЕВОДОРОДЫ
Гибридизация — это смешивание валентных электронных облаков и образование качественно новых, равноценных гибридных валентных электронных облаков.
У атома углерода в возбужденном состоянии 4 валентных электрона
Они неравноценны: s-электрон сферической формы, р-электроны имеют форму восьмерки и направлены по осям х, у, z.
При образовании химических связей у атома углерода происходит гибридизация. В зависимости от вида гибридизации атомы углерода могут находиться в трех валентных состояниях:
I валентное состояние. Для него характерна sр3-гибридизация. В случае sp3- гибридизации образуется четыре гибридных облака, которые направлены из центра тетраэдра к его вершинам. Угол между осями гибридных электронных облаков оказывается равным 109°28». Так образуется метан и его гомологи — алканы с общей формулой
CnH2n + 2
Алканыв пространстве имеют зигзагообразное строение — это ряд тетраэдров, соединенных своими вершинами:
II валентное состояние — sр2-гибридизация. Если происходит sр2-гибридизация, то образуется три гибридных валентных облака, которые лежат на плоскости под углом 120°.
Они образуют на плоскости три сигма-связи. Четвертая связь с соседним атомом углерода образуется в перпендикулярной плоскости двумя р-электронами, которые не участвовали в гибридизации. Так образуется этилен и его гомологи с общей формулой CnH2n.
III валентное состояние — sp-гибридизация. В случае sp-гибридизации образуются два гибридных облака, которые лежат на осевой линии, соединяющей ядра двух атомов под углом 180°. Они образуют две сигма-связи по осевой линии — с водородом и углеродом. 2р-электрона, которые не участвовали в гибридизации, образуют с соседним атомом углерода две П-связи в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Так образуется ацетилен и его гомологи с общей формулой
CnH2n + 2.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УГЛЕВОДОРОДОВ
Химические свойства, характерные для углеводородов, содержащихся в молекулах:
а) простые связи;
б) кратные связи.
а) Алканы содержат простые связи между атомами углерода. Для них характерны реакции замещения, они трудно окисляются, не обесцвечивают раствор перманганата калия.
Например: галогенирование метана под действием света
б) Этилен С2Н4 горит, но в отличие от этана, светящимся пламенем, так как имеет повышенное содержание углерода:
Ацетилен С2Н2 горит коптящим пламенем, так как имеет большой процент углерода в молекуле:
Для этилена и ацетилена характерны реакции присоединения и окисления, так как они содержат двойную и тройную связи.
Если условно обозначить окислитель атомом кислорода, то
При этом раствор перманганата калия обесцвечивается.
Линейная полимеризация ацетилена:
СН=СН+СН=СН-->СН2=СН-С =СН (винилацетилен)
Циклическаяполимеризация ацетилена:
/>3C2H2 c C6H